資源簡介

6.2 材料的性能與規劃
一、課標內容要求
本章學習內容為第六章第二節第一模塊的探究內容在產品設計過程中， 材料的選擇和性 能是首先要考慮的問題。為了達到產品的特定性能， 材料會成為設計方案中的重要因素。在 設計項目中， 學生應該學會認識一些常見材料的物理和化學性質、工作性質、美學品質、成 本、以及常用的加工方法等。隨著科技的進步， 我們不僅要讓學生學會知識， 更要注重自身 工業素養和核心技術的培養， 要注重學生的創新思維和動手能力。只有充分認識材料， 了解
其性能，安全、科學、使用的材料，才能以設計出更加優秀的產品。
二、學科核心素養
根據課程標準內容，本節承載的學科核心素養主要是“物化能力”，應達到“水平1—
—能根據設計要求選擇合適的材料，了解常用材料的屬性”和“水平2——能根據設計要求
進行簡單的技術試驗，對材料進行性能測試，根據材料性能列出用料表；在實施設計方案過
程中，能從環境、經濟、社會、質量、美學等方面考慮材料的使用 ”。同時“材料的規劃 ”
這部分內容，也承載著“工程思維”的學科核心素養。
三、學情分析
1.學生能夠準確區分木材、金屬、塑料等常見材料，但對同類型不同材料的性能了解
不足。
2.學生的學習積極性很高，有較強的探究精神；但是在設計方案物化的過程中，對材
料的選擇和規劃上，缺乏工程性思維。
四、教學目標：
1、按材料來源的不同，對材料進行正確的分類。
2、掌握常用材料的基本性能。
3、培養學生運用所學知識解決問題的能力。
五、教學重點：
1、材料的分類。
2、根據材料的基本物理性能，正確選擇材料，應用于設計。
六、教學難點：
根據材料的基本性能，正確選擇材料，設計產品
七、教學內容
復習導入：通過上節課的學習，認識了模型的不同階段，體驗了制作筆架的草模制作。
這節課我們研究選材，通過不同材料的學習，選擇制作筆架的合適材料
新課講授：
在工程領城， -般將材料按化學成分 分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料
和復合材料四大類。木材、金屬材料、塑料等都是常見的材料。
（一）木材
木材是一種優良的造型材料， 自古以來，它一直是最廣泛最常用的傳統材料，其自然、 樸素的特性令人產生親切感， 被認為是最富于人性特征的材料。木材質輕， 有天然的色澤和 美麗的花紋， 具有易于加工和涂飾、隔熱與絕緣的特點。由天然木材制成的作品， 紋理美觀，
自然淳樸。
木材能夠廣泛應用的原因之一， 是其具有較好的強度性能及優良的加工性能。材料的 強度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。強度是評定材料質量的重要力學性能指標，是設計
中選用材料的主要依據之一。根據受力種類的不同， 分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
活動一：探究木材的各向異性
各向異性亦稱“非均質性 ”，是指物體的全部或部分性能隨方向的不同而各自表現出一
定的差異的特性，即在不同的方向所測得的性能數值不同。
仔細觀察試驗物品（兩塊衫木條）， 確定木條的紋理方向。然后徒手將木條掰斷， 比較
兩個木塊所需要力量的大小。
測試方向 種類 強度大小
木材生長方向 順紋 較大
垂直于木材生長方向 橫紋 較小
思考：如何處理木材的“各向異性”？生活中有哪些常用木質材料？
（二）金屬材料
金屬材料指由純金屬或合金構成的材料， 具有金屬光澤， 有良好的導熱和導電性能， 以 及優良的力學性能和可加工性能。在現代工業社會， 金屬材料已成為現代產品設計中的一大
主流材料。
金屬材料的力學性能主要包括強度、剛度、硬度等， -般以抗拉強度作為判別金屬強度
的指標。
活動二：體驗鋼絲鉗剪鋼絲
使用鋼絲鉗依次剪斷相同粗細的銅絲、鐵絲、鋼絲， 比較剪斷不同材質的金屬絲所用力
的大小，觀察剪切完金屬絲后的鋼絲鉗刃口有無磨損。
1.為什么用鋼絲鉗剪斷粗細相同的不同材質的金屬絲所用的力不同
2.為什么用鋼絲鉗可以剪斷鐵絲而鋼絲鉗的刃口卻沒有受到磨損
硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標，它直接影響材料的耐磨性和切削加工 性。硬度往往和材料的耐磨性和耐久性聯系在一起。 -般情況下，材料的硬度越高，其耐磨
性越好。車床、銑床上用于金屬加工的刀具，其材料必須要有很高的強度和硬度。
活動三：里氏硬度儀測量硬度演示實驗
使用硬度計測量鋁合金板、黃銅板、鑄鐵板、不銹鋼板的硬度，具體步驟如下:
1.將需要測試的材料試樣置于平坦、堅固的平面上， 試樣必須平穩放置， 不得有任何晃
動。
2.按照硬度計說明書的操作步驟進行啟動、加載、定位和測量。
3.依次測量材料試樣，讀取硬度計上的數值，填人下表(每種材料測量3次,
討論：是不是硬度越大的材料越堅固
（三）塑料
塑料是一種具有多種特性的材料。它原料來源廣，性能優良( 質輕、具有絕緣性、耐 腐蝕性等)，加工成型方便，具有裝飾性，而且價格比較低廉，廣泛應用于儀器、儀表、家
用電器、包裝及日常生活用品等各領域。
塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料是指在一定的溫度范圍內， 能反復加 熱軟化至熔融流動， 冷卻后能硬化成一定形狀的塑料。熱塑性塑料受熱后可多次成型， 廢料 可回收再利用。熱固性塑料是指在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料。
在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料。
活動四：體驗塑料的熱塑性
使用3d打印筆自由創造，體驗塑料的熱塑性。
（四）新材料
隨著科技的不斷發展， 新材料也不斷被研究制造出來。新材料是指新出現的具有優異性 能或特殊功能的材料，或是傳統材料改進后性能明顯提高或產生新功能 如超導材料、碳纖維、
石墨烯、柔性玻璃、形狀記憶合金等。
任務五：探究形狀記憶合金
將由鎳鈦絲制成的曲別針進行任意變形（溫馨提示：由于鎳鈦絲比較細， 使其變形時 不可用力去拉直，會破壞它的內部分子結構，導致其無法復原。）， 在杯子中準備一些熱 水，將變形后的曲別針放置到杯子中，觀察試驗對象的變化情況。參考步驟：手工變形→放
入溫水中→觀察。
討論：使用形狀記憶合金材料可以設計制作哪些產品 用來解決什么問題
任務六：規劃筆筒或筆架的制作
根據本組的材料，合理規劃設計筆架。
八、教學總結
本節課的教學過程中， 采用了大量生活中的案例， 利用圖片、視頻、網絡等資源， 全面
調動學生興趣，讓學生在學中做、做中學，充分培養學生的創新精神與實踐能力。

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